Водоизмещение судна¶

Водоизмещение — одна из основных характеристик плавучего средства (судна, корабля, подводной лодки, плота), равная массе воды, вытесняемой его подводной частью при нахождении на плаву. Согласно закону Архимеда, масса вытесненной воды равна массе самого плавучего объекта, поэтому водоизмещение выражается в единицах массы (тоннах) и численно определяет полный вес судна вместе с грузом, топливом, экипажем и всем находящимся на борту имуществом.

¶Физическая сущность и принцип расчёта

Водоизмещение является мерой плавучести. Когда судно находится в состоянии покоя (статическом равновесии), сила тяжести, действующая на судно, уравновешивается выталкивающей силой воды. Объём подводной части корпуса, называемый объёмным водоизмещением, умноженный на плотность воды, даёт массовое водоизмещение. Поскольку плотность морской воды (около 1025 кг/м³) выше плотности пресной (1000 кг/м³), одно и то же судно в солёной воде имеет меньшее объёмное водоизмещение при одинаковой массе.

Расчёт водоизмещения производится по теоретическому чертежу судна с использованием масштаба Бонжана или компьютерных программ гидростатики. В практическом судовождении для определения текущего водоизмещения используют грузовую шкалу, которая связывает осадку судна (глубину погружения) с его массой. Замер осадки по маркам углубления на носу, корме и миделе позволяет быстро вычислить фактическую загрузку судна.

¶Классификация водоизмещения

В судостроении и эксплуатации различают несколько видов водоизмещения, каждый из которых применяется для конкретных инженерных и коммерческих задач:

• Стандартное водоизмещение — масса полностью укомплектованного судна с экипажем, механизмами и вооружением (для военных кораблей), но без топлива, смазочных материалов и питательной воды в цистернах. Используется для сравнительной характеристики боевых кораблей.
• Нормальное водоизмещение — стандартное водоизмещение плюс половина запасов топлива, смазочных материалов и питательной воды.
• Полное водоизмещение — масса судна со всеми необходимыми запасами (топливом, маслом, водой, провизией), экипажем и пассажирами, готового к выходу в море. Для грузовых судов полное водоизмещение соответствует загрузке по летнюю грузовую марку.
• Порожнее водоизмещение — масса судна без груза, топлива, смазочных материалов, балласта, экипажа и расходных запасов. Включает только массу корпуса, механизмов и постоянного оборудования.
• Дедвейт — разность между полным водоизмещением и водоизмещением порожним. Дедвейт представляет собой полную грузоподъёмность судна и включает массу полезного груза, топлива, воды, экипажа и расходных запасов. Именно дедвейт указывается в характеристиках торговых судов как показатель их провозной способности.

Для подводных лодок дополнительно различают надводное и подводное водоизмещение. Подводное водоизмещение превышает надводное на массу воды, принимаемой в балластные цистерны для погружения.

¶Значение водоизмещения в проектировании и эксплуатации

Водоизмещение является исходным параметром при проектировании любого судна. От него зависят главные размерения (длина, ширина, осадка), мощность энергетической установки, скорость хода и мореходные качества. Коэффициент полноты водоизмещения (отношение объёма подводной части к объёму описанного параллелепипеда) характеризует остроту обводов корпуса и直接影响 на ходкость и грузовместимость.

В процессе эксплуатации контроль водоизмещения критически важен для безопасности мореплавания. Превышение допустимого водоизмещения ведёт к уменьшению надводного борта, потере остойчивости и может стать причиной опрокидывания судна. Международная конвенция о грузовой марке 1966 года устанавливает минимальную высоту надводного борта в зависимости от района и сезона плавания, что напрямую ограничивает максимально допустимое водоизмещение.

Водоизмещение также используется для расчёта фрахтовых ставок (например, в балкерных перевозках), определения проходимости каналов и проливов, расчёта доковых операций и буксировочных усилий. Для крупнотоннажных танкеров класса VLCC водоизмещение в полном грузу может достигать 400–500 тысяч тонн, что сопоставимо с массой воды в небольшом озере.

¶Особенности для различных типов судов

Для военных кораблей водоизмещение является важнейшей тактико-технической характеристикой. Атомные авианосцы типа «Нимиц» (США) имеют полное водоизмещение около 100 тысяч тонн, тогда как современные эскадренные миноносцы — 8–10 тысяч тонн. Тенденция последних десятилетий — рост водоизмещения боевых кораблей из-за увеличения вооружения, средств радиоэлектронной борьбы и усиления конструктивной защиты.

Для торговых судов различают валовую вместимость (объём помещений в регистровых тоннах), которая не следует путать с водоизмещением. Вместимость определяет коммерческий потенциал судна (объём для груза), тогда как водоизмещение — его фактическую массу.

Для ледоколов и судов ледового плавания водоизмещение имеет особое значение: форма корпуса и его прочность рассчитываются так, чтобы судно могло взламывать лёд за счёт массы и мощности двигателей. Атомный ледокол «Арктика» (Россия, проект 22220) имеет водоизмещение около 33,5 тысячи тонн, что позволяет ему преодолевать лёд толщиной до трёх метров.

¶Водоизмещение в гидротехнике и смежных областях

Понятие водоизмещения применяется не только к кораблям, но и к плавучим докам, буровым платформам, понтонам и другим плавучим сооружениям. В гидротехнике водоизмещение используется при расчёте шлюзования судов и пропускной способности судоходных каналов. В судоремонте масса судна (его водоизмещение) определяет выбор подъёмных сооружений — доков, слипов или судоподъёмников.

В спортивном судостроении водоизмещение является основой гоночных формул и классов яхт. Например, класс гоночных яхт «Формула-1» на воде — это суда с фиксированным водоизмещением около 1 тонны, что уравнивает шансы участников независимо от конструкции корпуса.

Исторически водоизмещение как характеристика применялось с древнейших времён: ещё Архимед определил массу золотой короны царя Гиерона, погрузив её в воду. В современном судоходстве водоизмещение остаётся фундаментальной величиной, без которой невозможны ни проектирование, ни безопасная эксплуатация, ни экономическая оценка любого плавучего сооружения.